CN104271891B - 废热回收装置 - Google Patents

废热回收装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104271891B
CN104271891B CN201380024135.5A CN201380024135A CN104271891B CN 104271891 B CN104271891 B CN 104271891B CN 201380024135 A CN201380024135 A CN 201380024135A CN 104271891 B CN104271891 B CN 104271891B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rankine cycle
pump
decompressor
bypass valve
refrigeration agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380024135.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104271891A (zh
Inventor
原口智规
和田博文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanden Corp
Original Assignee
Sanden Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanden Corp filed Critical Sanden Corp
Publication of CN104271891A publication Critical patent/CN104271891A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104271891B publication Critical patent/CN104271891B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/101—Regulating means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/02—Arrangement of sensing elements
    • F01D17/08—Arrangement of sensing elements responsive to condition of working-fluid, e.g. pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D19/00—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2260/00—Recuperating heat from exhaust gases of combustion engines and heat from cooling circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

一种包括朗肯循环的废热回收装置，能同时实现朗肯循环的起动性能的提高和朗肯循环的高效的运转(工作)。对发动机(10)的废热回收利用的废热回收装置(1)包括：朗肯循环(2)，该朗肯循环(2)具有加热器(22)、膨胀机(23)、冷凝器(24)及泵(25)；旁通流路(26)，该旁通流路(26)使制冷剂绕过膨胀机(23)流通；旁通阀(27)，该旁通阀(27)将旁通流路(26)打开、关闭；以及控制单元(4)。控制单元(4)控制成在使朗肯循环(2)起动时，在打开旁通阀(27)的状态下使泵(25)进行工作，然后在表示冷凝器(24)中的冷凝能力的参数达到规定值以上时，关闭旁通阀(27)。

Description

废热回收装置
技术领域
本发明涉及一种包括朗肯循环的废热回收装置，上述朗肯循环将发动机等的外部热源的废热回收而再生作为动力。
背景技术
作为这种装置，已知有例如专利文献1记载的废热利用装置。专利文献1记载的废热利用装置包括：朗肯循环，该朗肯循环具有泵、加热器、膨胀机及冷凝器；旁通流路，该旁通流路绕过上述膨胀机；以及旁通阀，该旁通阀将上述旁通流路打开、关闭。此外，在使朗肯循环起动时，首先，打开旁通阀使制冷剂循环，当膨胀机的入口侧的气相制冷剂的温度达到规定温度以上时，关闭旁通阀，并且使膨胀机的工作转速增加。
在上述专利文献1记载的废热利用装置中，通过对膨胀机中产生的急剧的压力差进行抑制，从而能使朗肯循环稳定地起动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009－97387号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
另外，在朗肯循环中使制冷剂循环的泵是送液泵，其以泵入口侧的制冷剂为液相状态(液体制冷剂)为前提。但是，若因布局上的限制等，而例如将泵设置在比储液罐(日文：レシーバタンク)内的制冷剂液面高的位置，则在朗肯循环停止时，泵入口侧的制冷剂有时处于气相状态(气体制冷剂)。在这样使气体制冷剂混入到泵入口侧的状态下，即便使泵工作，也无法获得充分的制冷剂循环量，会使朗肯循环的起动需要很长的时间，或者存在朗肯循环起动失败的可能性。即，朗肯循环的起动性能(起动的快慢及起动的可靠性等)下降。因而，在使朗肯循环起动时，需要预先使泵入口侧的制冷剂尽可能为液体制冷剂。
通过发明人的实验可以确认，当气体制冷剂混入到泵入口侧的情况下，与使制冷剂经由膨胀机进行循环相比，使制冷剂绕过膨胀机进行循环能在更短的时间内使泵入口侧的制冷剂变为液体制冷剂。因而，在使朗肯循环起动时，较为理想的是，使制冷剂绕过膨胀机进行循环。另一方面，在使制冷剂绕过膨胀机进行循环的过程中，由于无法获得来自膨胀机的输出，因泵的驱动负荷等而使朗肯循环的输出为负，因此，希望尽可能缩短使制冷剂绕过膨胀机进行循环的时间。
在上述现有的废热利用装置中，对于尽可能缩短使制冷剂绕过膨胀机进行循环的时间，换言之，对于尽可能缩短输出为负的状态的朗肯循环的工作时间(运转时间)这一方面，完全没有进行考虑。因而，上述现有的废热利用装置在使朗肯循环起动时，虽然有可能能够抑制膨胀机中产生的急剧的压力差，但朗肯循环的输出为负的时间会增加到所需以上的时间，而存在无法使朗肯循环高效地工作的可能性。
本发明着眼于上述问题而作，其目的在于在包括朗肯循环的废热回收装置中，同时实现朗肯循环的起动性能的提高和朗肯循环的高效的运转(工作)。
解决技术问题所采用的技术方案
根据本发明的一技术方案的废热回收装置包括：朗肯循环，所述朗肯循环在制冷剂的循环通路中配置有加热器、膨胀机、冷凝器以及泵，其中，所述加热器利用外部热源的废热对制冷剂进行加热以使制冷剂气化，所述膨胀机使经过所述加热器的制冷剂膨胀以产生动力，所述冷凝器使经过所述膨胀机的制冷剂冷凝，所述泵将经过所述冷凝器的制冷剂向所述加热器送出；旁通流路，所述旁通流路使所述制冷剂绕过所述膨胀机流通；旁通阀，所述旁通阀将所述旁通流路打开、关闭；以及控制部，所述控制部控制成在使所述朗肯循环起动时，在打开所述旁通阀的状态下使所述泵工作，然后在表示所述冷凝器中的冷凝能力的参数达到规定值以上时，关闭所述旁通阀。
发明效果
根据上述废热回收装置，在使朗肯循环起动时，在打开旁通阀的状态下使泵工作，因此，即使在气体制冷剂混入到泵入口侧的情况下，也能缩短泵入口侧的制冷剂成为液体制冷剂的时间。另外，由于在表示冷凝器中的冷凝能力的参数达到规定值以上时，关闭旁通阀，因此，在泵入口侧的制冷剂处于被充分液化的状态后，能快速地使制冷剂经由膨胀机进行循环。其结果是，能够提高朗肯循环的起动性能，并且能缩短朗肯循环的输出为负的时间，从而能使朗肯循环高效地运转(工作)。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的废热回收装置的示意结构的图。
图2是表示实施方式中的兰肯起动控制的流程图。
图3是表示实施方式中的兰肯起动控制的流程图。
图4是兰肯起动控制的时序图。
图5是表示实施方式的变形例的废热回收装置的示意结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明实施方式的废热回收装置1的示意结构。上述废热回收装置1装载于车辆，并将该车辆的发动机50的废热回收利用。如图1所示，废热回收装置1包括：朗肯循环2，该朗肯循环2将发动机50的废热回收并转换为动力；传递机构3，该传递机构3在朗肯循环2与发动机50之间进行动力的传递；以及控制单元4，该控制单元4对废热回收装置1整体的工作进行控制。
发动机50是水冷式的内燃机，其通过在冷却水流路51内循环的发动机冷却水进行冷却。在冷却水流路51中配置有后述的朗肯循环2的加热器22，以使从发动机50中吸收热后的发动机冷却水在加热器22内流通。
朗肯循环2将作为外部热源的发动机50的废热(在此为发动机冷却水的热)回收并转换为动力而输出。在朗肯循环2的制冷剂循环通路21中依次配置有加热器22、膨胀机23、冷凝器24及泵25。另外，在加热器22与冷凝器24之间设置有使制冷剂绕过膨胀机23进行流通的旁通路26，在该旁通路26内设置有将该旁通路26打开、关闭的旁通阀27。旁通阀27的工作由控制单元4控制。
加热器22是通过在从发动机50中吸收热后的发动机冷却水与制冷剂之间进行热交换，来将制冷剂加热以形成过热蒸汽的热交换器。另外，也可以将加热器22构成为使发动机10的排气代替发动机冷却水，而在发动机10的排气与制冷剂之间进行热交换。
膨胀机23例如是涡旋型的膨胀机，该涡旋型的膨胀机通过使在加热器22中被加热而成为过热蒸汽的制冷剂膨胀来转换为旋转能，从而产生动力(驱动力)。
冷凝器24是通过在经过膨胀机23后的制冷剂与外部空气之间进行热交换，来将制冷剂冷却并冷凝(液化)的热交换器。
泵25是将在冷凝器24中被液化后的制冷剂(液体制冷剂)向加热器22送出的机械式泵。此外，通过利用泵25将在冷凝器24中被液化后的制冷剂向加热器22送出，从而使制冷剂在朗肯循环2的上述各要素内循环。
在此，在本实施方式中，构成为膨胀机23和泵25一体地连接的、具有共用的转轴28a的“泵一体型膨胀机28”。即，泵一体型膨胀机28的转轴28a具有作为膨胀机23的输出轴的功能及作为泵25的驱动轴的功能。
传递机构3具有：带轮32，该带轮32经由电磁离合器31安装在泵一体型膨胀机28的转轴28a上；曲轴带轮33，该曲轴带轮33安装在发动机50的曲轴50a上；以及带34，该带34卷绕在带轮32及曲轴带轮33上。利用控制单元4对电磁离合器31的接通(连接)/断开(释放)进行控制，藉此，传递机构3能在发动机50与朗肯循环2(更具体来说是泵一体型膨胀机28)之间传递/切断动力。
在控制单元4中输入有第一压力传感器61、第二压力传感器62、温度传感器63等各种传感器的检测信号，其中，上述第一压力传感器61对朗肯循环2的高压侧压力PH进行检测，上述第二压力传感器62对朗肯循环2的低压侧压力PL进行检测，上述温度传感器63对外部空气的温度Ta进行检测。此外，在使朗肯循环2起动时，控制单元4执行后述的兰肯起动控制。
在此，朗肯循环2的高压侧压力PH是指从泵25(的出口)经由加热器22到膨胀机23(的入口)的区间内的制冷剂循环通路21内的压力，朗肯循环2的低压侧压力PL是指从膨胀机23(的出口)经由冷凝器24到泵25(的入口)的区间内的制冷剂循环通路21内的压力。另外，在本实施方式中，第一压力传感器51对膨胀机23入口侧(加热器22出口侧)的压力进行检测，以作为朗肯循环2的高压侧压力PH，第二压力传感器52对泵25入口侧(冷凝器24出口侧)的压力进行检测，以作为朗肯循环2的低压侧压力PL。
接着，对控制单元4所执行的兰肯起动控制进行说明。
如上所述，可以确认，通过在气体制冷剂混入到泵25入口侧的制冷剂中的状态下，打开旁通阀27而使泵25工作，即、使制冷剂绕过膨胀机23进行循环，从而能缩短泵25入口侧的制冷剂成为大致100％液体制冷剂的时间。可以想到这是由于下述理由。即，当使制冷剂经由膨胀机23进行循环时，制冷剂在膨胀机23中发生膨胀而使低压侧压力PL下降，从而使冷凝温度降低。因此，在冷凝器24中，冷凝温度与流过空气间的温度差减小，从而处于制冷剂的过冷度(过度冷却)不易增大的运转状态。
另外，发明人也确认到，在打开旁通阀27而使制冷剂进行循环之后，当泵25入口侧的制冷剂处于被充分液化的状态后，更具体地当泵25入口侧的制冷剂成为大致100％液体制冷剂后，关闭旁通阀27，从而使朗肯循环2的起动的可靠性得到提高。
因而，在使朗肯循环2起动时，首先在打开旁通阀27的状态下使泵25工作，然后，只要在泵25入口侧的制冷剂处于被充分液化的状态时，换言之，在表示冷凝器24中的冷凝能力的参数达到规定值以上时，关闭旁通阀27，就能够提高朗肯循环2的起动性能(起动的快慢及可靠性)，并且能使朗肯循环2的输出为负的运转时间作为所需的最小值，来使朗肯循环2高效地运转。因此，控制单元4执行上述内容的兰肯起动控制。
在此，在本实施方式中，使用朗肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP，来作为表示冷凝器24中的冷凝能力的参数。理由如下。
在泵25入口侧的液体制冷剂的比例增多时，制冷剂流量增大，冷凝器22中的冷凝能力也增强(冷凝能力＝冷凝器前后的制冷剂焓差×制冷剂流量)。因此，制冷剂流量是表示冷凝能力强弱的值。另外，制冷剂流量与制冷剂回路的压力损失间存在关联(当制冷剂流量增加时，制冷剂回路的压力损失也增加)，因此，在打开旁通阀27的状态下，高压侧与低压侧的压力差＝制冷剂回路的压力损失，其是与制冷剂流量存在关联的值。因而，通过检测该压力差ΔP，就能够容易地对冷凝器24的冷凝能力进行判断(检测)，更详细来说能够容易地对泵25入口侧的制冷剂是否达到大致100％液体制冷剂进行判断(检测)，而且能够实现上述压力差ΔP的波动(日文：ハンチング)等少且稳定的控制。
图2和图3是兰肯起动控制的流程图。
通过输入例如朗肯循环2的工作要求或工作许可，就开始进行该流程图。
在步骤S1中，对旁通阀27是否打开进行判断。当旁通阀27关闭时，进入步骤S2，当旁通阀27打开时，进入步骤S3。
在步骤S2中，将旁通阀27打开。
在本实施方式中，当朗肯循环2停止时，通常旁通阀27是打开的。因此，在第一次的兰肯起动控制中，通常省略上述步骤S2的处理。另一方面，由于当在起动失败(参照后述的步骤S10)后重新进行兰肯起动控制时(S10→S12→S1)，旁通阀27是关闭的，因此，在上述步骤S2中将旁通阀27打开。
在步骤S3中，对电磁离合器31是否接通(连接)进行判断。当电磁离合器31没有接通的情况下、即在第一次的兰肯起动控制时，进入步骤S4，在电磁离合器31已经接通的情况下、即在重新进行兰肯起动控制的情况下，进入步骤S5。
在步骤S4中，将电磁离合器31接通(连接)。当电磁离合器31接通时，利用发动机50驱动转轴28a旋转来使泵25进行工作。
利用上述步骤S1～步骤S4，使制冷剂绕过膨胀机23进行循环。
在步骤S5中，对从开始进行绕过膨胀机23的制冷剂的循环是否经过了第一规定时间进行判断。即，在第一次的兰肯起动控制时，在步骤S4中对在将电磁离合器31接通后是否经过了第一规定时间进行判断，在重新进行兰肯起动控制时，对在步骤S2中将旁通阀27打开后是否经过了第一规定时间进行判断。在没有经过第一规定时间的情况下，进入步骤S6。另一方面，在经过了第一规定时间的情况下，进入步骤S7。另外，将上述第一规定时间预先设定为通过将旁通阀27打开而使泵25工作，来使泵25入口侧的制冷剂充分液化(能形成为大致100％液体制冷剂)的时间，例如能够设定为120秒。
在步骤S6中，对朗肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP是否为第一规定值ΔPs1以上进行判断。在压力差ΔP低于规定值ΔPs1的情况下，返回步骤S5，在压力差ΔP为规定值ΔPs1以上的情况下，进入步骤S7。上述第一规定值ΔPs1是被预先设定作为在将充分的量(大致100％)的液体制冷剂供给到泵25入口侧的情况下的朗肯循环2的高压侧与低压侧的压力差的值，其为是否将旁通阀27关闭的判断基准值。能将第一规定值ΔPs1设定为例如0.1MPa～0.25MPa间的任意的值。
在步骤S7中，关闭旁通阀27。藉此，制冷剂经由膨胀机23进行循环。
利用上述步骤S5～步骤S7，就能够防止使制冷剂绕过膨胀机23进行循环的时间不必要地增长，并且在泵25入口侧的制冷剂处于被充分液化的状态时，能随后快速地使制冷剂经由膨胀机23进行循环。
在此，也可以基于外部空气的温度Ta来设定在上述步骤S6中使用的第一规定值ΔPs1(判断基准值)进行设定。在这种情况下，外部空气的温度Ta越低，控制单元4将第一规定值ΔPs1设定为越高的值。
当外部空气的温度Ta变低时，冷凝器24的散热性能提高，冷凝温度及泵25入口的制冷剂温度下降。藉此，高压侧的加热器22入口的制冷剂温度也下降，在加热器22的内部，液相的制冷剂量增大。因而，低压侧的制冷剂量减少，泵25入口的过冷度也降低。因此，在外部空气低的条件下，处于泵25入口的过冷度不易增大的运转状态。即，泵25入口处于制冷剂不易液化的条件。因而，当在外部空气的温度Ta低的情况下，若使用相同的判断基准值来对是否将旁通阀27关闭进行判断，则泵25入口的制冷剂可能无法充分液化，而处于对朗肯循环2的起动不利的状态。
因此，控制单元4控制成外部空气的温度Ta越低，将第一规定值ΔPs1设定为越高的值。藉此，将旁通阀27关闭的时刻实际上变晚，泵25入口成为容易使制冷剂充分液化的条件，因此，能够提高起动的可靠性。例如在外部空气的温度Ta为25℃时，能将第一规定值ΔPs1设定为大约0.15MPa，在外部空气的温度Ta为5℃时，能将第一规定值ΔPs1设定为大约0.2MPa。
另外，在外部空气的温度Ta较低的情况下，同样地，即使经过冷凝器24(的外侧)的外部空气的流量增多，也能使冷凝器24的散热性能提高。因而，控制单元4也可以例如从未图示的发动机控制单元输入车速，并基于输入的车速对第一规定值ΔPs1进行设定。在这种情况下，车速越高，将第一规定值ΔPs1设定为越高的值。当然，控制单元4也可以基于外部空气的温度Ta及车速两者来对第一规定值ΔPs1进行设定。
返回图2，在步骤S8中，对在关闭旁通阀27后是否经过了第二规定时间(＜第一规定时间)进行判断。在没有经过第二规定时间的情况下，进入步骤S9。另一方面，在经过了第二规定时间的情况下，进入步骤S10，当判断为“起动失败”后，进入步骤S12。另外，将上述第二规定时间预先设定为在朗肯循环2通常运转(工作)时使压力差ΔP能达到第二规定值ΔPs2的时间，例如能够设定为30秒。
在步骤S9中，对朗肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP是否为第二规定值ΔPs2(＞第一规定值ΔPs1)以上进行判断。在压力差ΔP为第二规定值ΔPs2以上的情况下，进入步骤S11而判断为“起动完成”，并结束本流程(兰肯起动控制)。另一方面，在步骤S9中，在压力差ΔP低于第二规定值ΔPs2的情况下，返回步骤S8。另外，第二规定值ΔPs2是朗肯循环2的起动判断阈值，例如能够设定为0.8MPa。
利用上述步骤S8～步骤S11，对在关闭旁通阀27之后，上述压力差ΔP是否在第二规定时间以内到达了起动判断阈值、即第二规定值ΔPs2进行判断。此外，若上述压力差ΔP达到了第二规定值ΔPs2，则判断为“起动完成”，若上述压力差ΔP没有达到第二规定值ΔPs2，则判断为“起动失败”。
当朗肯循环2的起动完成后，膨胀机23产生驱动力而对泵25进行驱动，当膨胀机23的驱动力超过泵25的驱动负荷时，该驱动力的多余量经由传递机构3供给到发动机50中，以对发动机输出进行辅助。
在步骤S12(图3)中，对是否连续规定次数(例如3次)判断为“起动失败”进行判断。在连续规定次数判断为“起动失败”的情况下，进入步骤S13，并判断为“不可起动”，然后，在步骤S14中打开旁通阀27，在步骤S15中将电磁离合器31断开(释放)，并结束本流程(兰肯起动控制)。在这种情况下，朗肯循环2不工作(运转)。在此，当判断为“不可起动”的情况下，推测为制冷剂量不足等在朗肯循环2中存在某些异常的情形，因此，较为理想的是，利用警告灯或显示等，将朗肯循环2存在异常的情况报告给车辆的乘客等。
另一方面，在“起动失败”的判断少于规定次数的情况下，返回步骤S1，从头开始重新进行兰肯起动控制。因而，有时重复执行上述规定次数的兰肯起动控制。
图4是上述兰肯起动控制的时序图。
在起动朗肯循环2时，在打开了旁通阀27的状态下将电磁离合器31接通(时刻t0)。如上所述，在本实施方式中，由于在朗肯循环2的停止时将旁通阀27打开，因此，通常只将电磁离合器31接通。但是，当在朗肯循环2的停止时旁通阀27处于被关闭的情况下，打开旁通阀27，并且将电磁离合器31接通。藉此，泵25进行工作，制冷剂绕过膨胀机23进行循环。这样，冷凝器24出口侧的制冷剂的过冷度增大，供给到朗肯循环2的高压侧的液体制冷剂的流量增加，随之高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP也上升。
此外，当上述压力差ΔP上升到第一规定值ΔPs1时，冷凝器24中的冷凝性能处于足够高的状态，判断为大致100％液化后的制冷剂(液体制冷剂)被连续地供给到泵25入口侧，并将旁通阀27关闭(时刻t1)。藉此，制冷剂经由膨胀机23进行循环。
当旁通阀27被关闭后，上述压力差ΔP以更快的速度上升，当上述压力差ΔP上升到第二规定值ΔPs2时，判断为膨胀机23处于能产生驱动力的状态，即判断为朗肯循环2的起动完成，从而结束兰肯起动控制(时刻t2)。
另一方面，在关闭旁通阀27后经过了第二规定时间，上述压力差ΔP也没有达到第二规定值ΔPs2的情况下，从头开始重新进行兰肯起动控制，再次尝试使朗肯循环2起动。接着，在连续地执行了规定次数的兰肯起动控制，仍没有达到起动完成的情况下，判断为“不可起动”，将旁通阀27打开，并且将电磁离合器31断开，并结束兰肯起动控制。在这种情况下，也可以报告朗肯循环2存在异常的情况。
根据上述实施方式，在使朗肯循环2起动时，通过在打开了旁通阀27的状态下使泵25工作，从而使制冷剂绕过膨胀机23进行循环，因此，即使在气体制冷剂混入到泵25入口侧的制冷剂中的情况下，也能将上述气体制冷剂快速地消除。接着，当朗肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP达到第一规定值ΔPs1时，关闭旁通阀27，从而在泵25入口侧的制冷剂成为大致100％液体制冷剂后，能快速地使制冷剂经由膨胀机23进行循环。
其结果是，能够提高朗肯循环2的起动性能(起动的快慢及可靠性)，并且能尽可能地减少朗肯循环2的输出为负的运转时间、即尽可能地减少利用发动机50对泵25(及膨胀机23)进行驱动的时间，从而使朗肯循环2高效地运转。
另外，在现有的朗肯循环中也对朗肯循环的高压侧压力及低压侧压力进行检测，不必为了上述压力差ΔP的检测而追加设置新的传感器等，而且，由于上述压力差ΔP为波动小的值，因此，能够实现稳定的控制。
此外，只要基于外部空气的温度Ta和/或车速来设定第一规定值ΔPs1，就能够在抑制上述变动对朗肯循环2的起动性能带轮的影响的同时，执行兰肯起动控制。藉此，能够进一步进行稳定的控制。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够基于本发明的技术构思进行变形及改变，这点是自不待言的。以下，列举几个变形例。
(变形例1)
在上述实施方式中，使用朗肯循环2的高压侧压力PH与低压侧压力PL的压力差ΔP，来作为表示冷凝器24中的冷凝能力的参数。但是，本发明并不局限于此，也可以使用冷凝器24的出口侧(泵25入口侧)的制冷剂的过冷度(过度冷却)，来代替上述压力差ΔP，或是在上述压力差ΔP的基础上，追加使用冷凝器24的出口侧(泵25入口侧)的制冷剂的过冷度(过度冷却)。在这种情况下，在从冷凝器24(的出口)到泵25(的入口)之间设置温度传感器及压力传感器，控制单元4基于由温度传感器检测出的温度及由压力传感器52检测出的压力，来计算出(检测出)制冷剂的过冷度。
此外，控制单元4控制成在使朗肯循环起动时，在打开旁通阀27的状态下使泵25进行工作，并且当冷凝器24的出口侧的制冷剂的过冷度达到规定值以上时，关闭旁通阀27。这种情况下的规定值能够设定为例如在冷凝器24的出口侧可使制冷剂充分地变为液体制冷剂的值(制冷剂温度)。通过这样，也能获得与上述实施方式相同的效果。
(变形例2)
另外，还可以使用从泵25送出的液体制冷剂的流量来作为表示冷凝器24中的冷凝能力的参数。这是由于冷凝器24中的冷凝能力越高，从泵25送出的液体制冷剂的流量也会增大。在这种情况下，在泵25出口侧设置对液体制冷剂的流量进行检测的流量传感器。
此外，控制单元4控制成在使朗肯循环起动时，在打开旁通阀27的状态下使泵25进行工作，并且当从泵25送出的液体制冷剂的流量达到规定值以上时，关闭旁通阀27。这种情况下的规定值能够设定为例如在泵25入口侧的制冷剂充分地变为液体制冷剂时从泵25送出的流量。通过这样，也能获得与上述实施方式相同的效果。
另外，制冷剂流量与冷凝器24的压力损失有关，因此，还可以使用冷凝器24的入口侧与出口侧的压力差，来作为表示冷凝器24中的冷凝能力的参数。在这种情况下，例如在冷凝器24的入口侧和出口侧分别设置压力传感器，控制单元4计算出(检测出)冷凝器24的入口侧与出口侧的压力差。
(变形例3)
另外，在上述实施方式中，膨胀机23和泵25构成为通过相同的转轴28a连接的“泵一体型膨胀机28”，但如图5所示，膨胀机23和泵25也可以是分体的。在这种情况下，废热回收装置10具有由膨胀机23和泵25分体构成的朗肯循环20、传递机构30以及控制单元4。
传递机构30具有：曲轴带轮33，该曲轴带轮33安装在发动机50的曲轴50a上；膨胀机带轮36，该膨胀机带轮36经由第一电磁离合器35安装在膨胀机23的输出轴23a上；泵带轮38，该泵带轮38经由第二电磁离合器37安装在泵25的驱动轴25a上；以及带39，该带39卷绕在曲轴带轮32、膨胀机带轮36及泵带轮38上。
此外，控制单元4控制成在使朗肯循环20起动时，在打开旁通阀27的状态下将第二电磁离合器37接通而使泵25进行工作，然后当表示冷凝器24中的冷凝能力的参数达到规定值以上时，将第一电磁离合器35接通，然后关闭旁通阀27。在这种情况下，也能获得与上述实施方式相同的效果。另外，也可以构成为将泵25设定为电动泵，并使控制单元4向泵25输出驱动信号。
(其它的变形例)
根据上述实施方式的废热回收装置，利用膨胀机23的驱动力对发动机输出进行辅助，但本发明也可以应用在利用膨胀机23的驱动力使发电机旋转的电力再生方式的废热回收装置中。在这种情况下，例如能将膨胀机、泵及发电电动机通过相同的转轴连接而一体化。
另外，上述实施方式的废热回收装置装载在车辆中，并将该车辆的发动机的废热回收利用，但本发明也能应用在将来自外部的热源的废热回收利用的废热回收装置(例如将工厂废热回收利用的废热回收装置及将建筑机械的发动机的废热回收利用的废热回收装置)中。
(符号说明)
1、10…废热回收装置
2、20…朗肯循环
3、30…传递机构
31…电磁离合器
4…控制单元
10…发动机
21…制冷剂循环通路
22…蒸发器
23…膨胀机
24…冷凝器
25…泵
26…旁通路
27…旁通阀
28…泵一体型膨胀机
61、62…压力传感器

Claims (4)

1.一种废热回收装置，包括：
朗肯循环，所述朗肯循环在制冷剂的循环通路中配置有加热器、膨胀机、冷凝器以及泵，其中，所述加热器利用外部热源的废热对制冷剂进行加热以使制冷剂气化，所述膨胀机使经过所述加热器的制冷剂膨胀以产生动力，所述冷凝器使经过所述膨胀机的制冷剂冷凝，所述泵将经过所述冷凝器的制冷剂向所述加热器送出；
旁通流路，所述旁通流路使所述制冷剂绕过所述膨胀机流通；
旁通阀，所述旁通阀将所述旁通流路打开、关闭；以及
控制部，所述控制部控制成在使所述朗肯循环起动时，在打开所述旁通阀的状态下使所述泵工作，然后在表示所述冷凝器中的冷凝能力的参数达到所述泵的入口侧的制冷剂能从气体制冷剂充分地变为液体制冷剂的值以上时，关闭所述旁通阀。
2.如权利要求1所述的废热回收装置，其特征在于，
所述废热回收装置包括对所述朗肯循环的高压侧与低压侧的压力差进行检测的压力差检测部，
所述控制部控制成在使所述朗肯循环起动时，在打开所述旁通阀的状态下使所述泵工作，然后在所述朗肯循环的高压侧与低压侧的压力差达到规定值以上时，关闭所述旁通阀。
3.如权利要求2所述的废热回收装置，其特征在于，
所述废热回收装置包括对外部空气的温度进行检测的温度检测部，
由所述温度检测部检测到的外部空气的温度越低，所述控制部将所述规定值设定为越高的值。
4.如权利要求1所述的废热回收装置，其特征在于，
所述朗肯循环中的所述膨胀机及所述泵被一体地连接。
CN201380024135.5A 2012-05-09 2013-05-02 废热回收装置 Active CN104271891B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-107316 2012-05-09
JP2012107316 2012-05-09
PCT/JP2013/062788 WO2013168684A1 (ja) 2012-05-09 2013-05-02 排熱回収装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104271891A CN104271891A (zh) 2015-01-07
CN104271891B true CN104271891B (zh) 2016-04-27

Family

ID=49550721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380024135.5A Active CN104271891B (zh) 2012-05-09 2013-05-02 废热回收装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150096297A1 (zh)
JP (1) JP6097115B2 (zh)
CN (1) CN104271891B (zh)
DE (1) DE112013002415B4 (zh)
WO (1) WO2013168684A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5804879B2 (ja) * 2011-09-30 2015-11-04 日産自動車株式会社 廃熱利用装置
JP6233783B2 (ja) * 2013-09-20 2017-11-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発電制御装置、発電装置及びランキンサイクル装置の制御方法
US20170241375A1 (en) * 2014-02-28 2017-08-24 John A. Saavedra Power generating system utilizing expanding fluid
US11767824B2 (en) 2014-02-28 2023-09-26 Look For The Power Llc Power generating system utilizing expanding fluid
JP6277148B2 (ja) * 2015-03-06 2018-02-07 ヤンマー株式会社 動力発生装置
AT517965B1 (de) * 2016-03-22 2017-06-15 MAN Truck & Bus Österreich AG Anordnung von Nebenaggregaten bei einer Brennkraftmaschine
DE102019102002A1 (de) * 2019-01-28 2020-07-30 Man Truck & Bus Se Vorrichtung zum Zu- und Abschalten von Gaswegen zu Düsen einer Expansionsmaschine
CN112240224B (zh) * 2019-07-19 2023-08-15 艾默生环境优化技术(苏州)有限公司 流体循环系统及其操作方法、计算机可读介质和控制器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101042094A (zh) * 2006-03-23 2007-09-26 株式会社电装 具有膨胀装置的废热收集系统

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62206203A (ja) * 1986-03-07 1987-09-10 Hitachi Ltd 蒸気タ−ビン運転制御方法
JP3007724B2 (ja) * 1991-09-24 2000-02-07 株式会社日立製作所 複合発電プラントの負荷制御方法及びその装置
US5361585A (en) * 1993-06-25 1994-11-08 General Electric Company Steam turbine split forward flow
EP1288761B1 (de) * 2001-07-31 2017-05-17 General Electric Technology GmbH Verfahren zur Regelung eines Niederdruckbypassystems
US6751959B1 (en) * 2002-12-09 2004-06-22 Tennessee Valley Authority Simple and compact low-temperature power cycle
JP4034291B2 (ja) * 2004-04-26 2008-01-16 株式会社デンソー 流体機械
US8266918B2 (en) * 2004-09-17 2012-09-18 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Refrigerant circulating pump, refrigerant circulating pump system, method of pumping refrigerant, and rankine cycle system
DE102005051428B4 (de) * 2004-10-29 2015-05-28 Denso Corporation Abwärmenutzungsvorrichtung
US7367177B2 (en) * 2004-12-14 2008-05-06 Siemens Power Generation, Inc. Combined cycle power plant with auxiliary air-cooled condenser
JP2006329149A (ja) * 2005-05-30 2006-12-07 Nippon Soken Inc 熱輸送装置およびその制御方法
US20070227472A1 (en) 2006-03-23 2007-10-04 Denso Corporation Waste heat collecting system having expansion device
CA2679612C (en) * 2007-03-02 2018-05-01 Victor Juchymenko Controlled organic rankine cycle system for recovery and conversion of thermal energy
JP4302759B2 (ja) * 2007-09-14 2009-07-29 株式会社デンソー 廃熱利用装置
JP2009097387A (ja) 2007-10-15 2009-05-07 Denso Corp 廃熱利用装置
WO2009101977A1 (ja) * 2008-02-14 2009-08-20 Sanden Corporation 内燃機関の廃熱利用装置
WO2009136916A1 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Utc Power Corporation Active stress control during rapid shut down
JP5555994B2 (ja) * 2008-09-12 2014-07-23 日産自動車株式会社 燃料電池システム
DE102009041550A1 (de) * 2009-04-29 2010-11-04 Daimler Ag Wärmenutzungsvorrichtung und Betriebsverfahren
KR101087544B1 (ko) * 2009-10-06 2011-11-29 한국에너지기술연구원 랭킨 사이클 장치 및 이에 따른 제어방법
US20110088397A1 (en) * 2009-10-15 2011-04-21 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Waste heat recovery system
EP2360545A1 (de) * 2010-02-15 2011-08-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Regelung eines Ventils
JP5338731B2 (ja) * 2010-03-29 2013-11-13 株式会社豊田自動織機 廃熱回生システム
US8813498B2 (en) 2010-06-18 2014-08-26 General Electric Company Turbine inlet condition controlled organic rankine cycle
JP5552986B2 (ja) * 2010-09-24 2014-07-16 株式会社豊田自動織機 ランキンサイクル装置
US8826662B2 (en) * 2010-12-23 2014-09-09 Cummins Intellectual Property, Inc. Rankine cycle system and method
US9291074B2 (en) * 2011-09-30 2016-03-22 Nissan Motor Co., Ltd. Engine waste-heat utilization device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101042094A (zh) * 2006-03-23 2007-09-26 株式会社电装 具有膨胀装置的废热收集系统

Also Published As

Publication number Publication date
DE112013002415T5 (de) 2015-01-29
DE112013002415B4 (de) 2022-01-27
WO2013168684A1 (ja) 2013-11-14
US20150096297A1 (en) 2015-04-09
CN104271891A (zh) 2015-01-07
JP6097115B2 (ja) 2017-03-15
JP2013253594A (ja) 2013-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104271891B (zh) 废热回收装置
CN103987923B (zh) 废热利用装置
CN104271899B (zh) 废热回收装置
CN103748347B (zh) 朗肯循环
CN103890326B (zh) 发动机废热利用装置
EP1491726B1 (en) Waste heat recovery system of heat source, with rankine cycle
US20110088394A1 (en) Waste heat regeneration system
JP5328527B2 (ja) 排熱回生システムおよびその制御方法
CN103987926B (zh) 兰金循环
US9957845B2 (en) Exhaust heat recovery device
JP5333659B2 (ja) 廃熱回生システム
CN104727873B (zh) 抽气回热式有机朗肯循环发动机余热回收系统及控制方法
US20140352301A1 (en) Motor vehicle with a couplable waste heat recovery system
CN104603439B (zh) 发动机的废热利用装置
US9970329B2 (en) Exhaust heat recovery device
CN103797218A (zh) 朗肯循环系统
CN103032990B (zh) 朗肯循环系统
CN103032997B (zh) 朗肯循环以及在朗肯循环中使用的热交换器
CN106414982B (zh) 发动机的废热利用装置
CN110265751A (zh) 车辆的温度控制装置
JP5631178B2 (ja) 排熱回生装置の運転停止方法
JP2007205699A (ja) 廃熱利用装置を備える冷凍装置
CN106460725B (zh) 发动机的废热利用装置
CN103912327A (zh) 整体式废热回收
JP2006349211A (ja) 複合サイクル装置およびその制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP03 Change of name, title or address

Address after: Ise City Shou Qi Japanese qunma County town 20 times

Patentee after: SANDEN Corp.

Address before: Gunma

Patentee before: Sanden Corp.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Ise City Shou Qi Japanese qunma County town 20 times

Patentee after: SANDEN Corp.

Address before: Ise City Shou Qi Japanese qunma County town 20 times

Patentee before: SANDEN Corp.